JP2014052109A

JP2014052109A - 熱交換器および電子機器

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Publication number: JP2014052109A
Application number: JP2012195747A
Authority: JP
Inventors: Hosei Nagano; 方星長野; Masakazu Kuroi; 正和黒井
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Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: JP6095095B2

Abstract

【課題】作動流体の流路を確保しながら、液駆動部と収容部との接触面積を増加させる。
【解決手段】本発明のループ型ヒートパイプは、外部から熱を吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発器１０１を備え、蒸発器１０１から導かれた気相の作動流体を凝縮させ液相の作動流体として蒸発器１０１に環流させる。この蒸発器１０１は、内部に供給される液相の作動流体を毛細管力により外周面へと導き液相から気相へと蒸発させるとともに方向性を有するねじ山を外周面に備えるウィック１３０と、ウィック１３０のねじ山に対峙する内周面を備えウィック１３０を収容する蒸発器本体１１０とを有する。また、ウィック１３０の外周面のねじ山に沿って流れる気相の作動流体を案内する蒸気溝１３３が、ウィック１３０の外周面においてねじ山の方向と交差する方向に形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器および電子機器に関する。

特許文献１には、設置角度の如何に関わらず効率的に発熱部品を冷却するべく、蒸発部、凝縮部、及び液戻り管の内部にそれぞれ設けられるとともに、毛細管力を生じさせるウィックを有するループ型ヒートパイプが開示されている。

特開２００８−２１５７０２号公報

本発明は、作動流体の流路を確保しながら、液駆動部と収容部との接触面積を増加させることを目的とする。

請求項１記載の発明は、外部から熱を吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発器を備え、当該蒸発器から導かれた気相の作動流体を凝縮させ液相の作動流体として当該蒸発器に環流させる熱交換器において、前記蒸発器が、内部に供給される液相の作動流体を毛細管力により外周面へと導き液相から気相へと蒸発させるとともに、方向性を有する溝部を当該外周面に備える液駆動部と、前記液駆動部の前記溝部に対峙する内周面を備え、当該液駆動部を収容する収容部とを有し、前記液駆動部の前記外周面の前記溝部に沿って流れる気相の作動流体を案内する案内部が、当該液駆動部および/または前記収容部に、当該溝部の方向と交差する方向に形成されることを特徴とする熱交換器である。

請求項２記載の発明は、前記収容部は、前記液駆動部の前記溝部に嵌まる突起部を前記内周面に備えることを特徴とする請求項１記載の熱交換器である。
請求項３記載の発明は、前記液駆動部は、らせん状に形成された前記溝部を前記外周面に備えることを特徴とする請求項１記載の熱交換器である。
請求項４記載の発明は、前記液駆動部は、略円筒形状であるとともに、前記外周面に軸方向と交差する方向に形成された前記溝部を備え、前記案内部は、前記軸方向に沿って形成されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器である。

請求項５記載の発明は、筐体と、前記筐体の内部に収容される発熱部品と、前記発熱部品から熱を吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発器を備え、当該蒸発器から導かれた気相の作動流体を凝縮させ液相の作動流体として当該蒸発器に環流させる冷却素子とを備える電子機器において、前記蒸発器が、内部に供給される液相の作動流体を毛細管力により外周面へと導き液相から気相へと蒸発させるとともに、方向性を有する溝部を当該外周面に備える液駆動部と、前記液駆動部の前記溝部に対峙する内周面を備え、当該液駆動部を収容する収容部とを有し、前記液駆動部の前記外周面の前記溝部に沿って流れる気相の作動流体を案内する案内部が、当該液駆動部および/または前記収容部に、当該溝部の方向と交差する方向に形成されることを特徴とする電子機器である。

請求項１記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、作動流体の流路を確保しながら、液駆動部と収容部との接触面積を増加させることができる。

本実施の形態に係るループ型ヒートパイプを示す概略構成図である。本実施の形態に係る蒸発器を示す概略構成図である。本実施の形態に係る蒸発器本体およびウィックを示す概略構成図である。本実施の形態に係る液溜め部および容積調整部を示す概略構成図である。本実施の形態に係るループ型ヒートパイプの作動流体のＰＶ線図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態について詳細に説明する。
＜ループ型ヒートパイプ１００の構成＞
まず、図１を参照して、本実施の形態が適用されるループ型ヒートパイプ１００の構成を説明する。ここで、図１は、本実施の形態に係るループ型ヒートパイプ１００を示す概略構成図である。
本実施の形態が適用されるループ型ヒートパイプ１００は、例えば電子機器等の筺体の内部に備えられる図示しない発熱体（発熱部品、例えばコンピュータのＣＰＵ）を、外部から動力を供給することなく冷却するよう、環状の装置内で作動流体を循環させるよう構成されている。

詳細に説明すると、冷却素子の一例であるループ型ヒートパイプ１００は、作動流体が気化する際の潜熱を利用して発熱体（図示せず）を冷却するため作動流体を蒸発させる蒸発器１０１と、この蒸発器１０１で気化された作動流体を放熱して液化する凝縮器（Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）１０７とを有する。また、ループ型ヒートパイプ１００は、蒸発器１０１で気化された作動流体を凝縮器１０７まで送る蒸気管（ＶａｐｏｒＬｉｎｅ）１０５と、凝縮器１０７で液化された作動流体を蒸発器１０１まで送る液管（ＬｉｑｕｉｄＬｉｎｅ）１０９とを備えている。そして、本発明のループ型ヒートパイプ１００内には液相および気相の間で相変化する作動流体が充填されている。なお、作動流体は、例えば、水、アルコール、アンモニア等が用いられる。

＜ループ型ヒートパイプ１００の動作＞
次に、図１を参照して、ループ型ヒートパイプ１００内の動作を説明する。
発熱体（図示せず）において発生する熱は、蒸発器１０１に伝達される（矢印Ｃ１参照）。蒸発器１０１において熱を吸収した作動流体は気化し、蒸気管１０５を通って（矢印Ａ１参照）凝縮器１０７へ送られる（矢印Ａ２参照）。凝縮器１０７へ送られた作動流体は、熱を放出して（矢印Ｃ２参照）液化する。そして、液化した作動流体は、液管１０９を通って（矢印Ａ３参照）再び蒸発器１０１へと送られる（矢印Ａ４参照）。

＜蒸発器１０１の構成＞
次に、図１及び図２を参照して、本実施の形態が適用される蒸発器１０１の構成を説明する。ここで、図２は、本実施の形態に係る蒸発器１０１を示す概略構成図であり、図２（ａ）は、蒸発器１０１の軸方向における断面図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ面で切断した断面図である。
図２（ａ）に示すように、蒸発器１０１は、電子機器（図示せず）の内部に備えられ、発熱体（図示せず）からの熱を伝達するよう設けられる蒸発器本体１１０と、この蒸発器本体１１０と接続され内部に液相および気相の作動流体を収容する液溜め部１２０とを有する。また、蒸発器１０１は、蒸発器本体１１０の内部に挿入されるウィック１３０と、液溜め部１２０内の容積を調整する容積調整部１４０と、一端がウィック１３０の内部に配置されるとともに他端が液管１０９と接続されウィック１３０内に作動流体を導入する導入管（ベイオネット管）１５０とを有する。

収容部の一例である蒸発器本体１１０は、中空管状の金属からなり、一端が蒸気管１０５（図１参照）と接続され他端が液溜め部１２０と接続される。
液溜め部１２０は、蒸発器本体１１０と内部が連続するように設けられた中空管状の部材を有する。また、詳細は後述するが、この液溜め部１２０は、作動流体を収容する空間の容積を変更可能である。なお、図示の例においては、液溜め部１２０の側面には、液管１０９を挿入する挿入口１２９が設けられている。

液駆動部の一例であるウィック１３０は、多孔質金属（ポーラスメタル）からなる部材である。ウィック１３０は、作動流体に毛細管力を発生させ、結果として作動流体を移動させる。
また、ウィック１３０は、一端が閉塞されているとともに、他端が開放されている中空管状の部材である。ウィック１３０は、蒸発器本体１１０の内周面に沿って接触して設けられる。図示の例においてウィック１３０は円筒状の部材であるが、その形状は球形や、直方体等他の形状であってももちろんよい。
なお、蒸発器１０１を組み立てる際には、ウィック１３０は、例えば蒸発器本体１１０と液溜め部１２０とを接続する前に、蒸発器本体１１０の液溜め部１２０と接続される側の端部から、蒸発器本体１１０に挿入され配置される。

ウィック１３０の実効空孔径は、０．１〜２０μｍである。このウィック１３０は、多孔質金属に限定されるものではなく、セラミック多孔質、樹脂多孔質、ガラス多孔質、多孔質繊維などから形成されてもよい。また、ウィック１３０の空孔率は、２５％〜７０％である。さらに、ウィック１３０として、熱伝導率が低い材質を用いると、蒸発器本体１１０から液溜め部１２０への熱リークを低減することができる。熱リークをより低減したい場合、一般的には、熱伝導率が金属よりも低い非金属を用いることが好ましい。

容積調整部１４０は、詳細は後述するが、温度変化にともないその形状を変化させることにより、液溜め部１２０の容積を変化させる。
導入管１５０は、ウィック１３０内に設けられる中空管状の部材である。なお、図２（ｂ）に示すように、蒸発器本体１１０と、ウィック１３０と、導入管１５０とは同軸に設けられている。

＜蒸発器１０１の動作＞
次に、図２を参照しながら蒸発器１０１内の動作について説明する。
まず、蒸発器１０１へと送られた液体の作動流体は、導入管１５０を介して蒸発器本体１１０内へと流入する（矢印Ｂ１参照）。

蒸発器本体１１０内へ流入した作動流体の一部は、蒸発器本体１１０内でウィック１３０に浸透する（矢印Ｂ２参照）。また、蒸発器本体１１０内へと流入した作動流体の他の一部は、液溜め部１２０に供給され（矢印Ｂ３参照）、液溜め部１２０内に保留される。
ウィック１３０に浸透した作動流体は、ウィック１３０の毛細管力により、外周面に向けて移動するとともに、発熱体（図示せず）の熱により加熱され気化する。この気化した作動流体は、蒸発器本体１１０とウィック１３０との間隙（後述）を通過しながら、蒸気管１０５（図１参照）側へと移動する（矢印Ｂ４参照）。また、蒸発器本体１１０内の作動流体がウィック１３０に浸透することにともない、液溜め部１２０内の作動流体は蒸発器本体１１０へと供給される。

ここで、ウィック１３０の外周面では、気化された作動流体が蒸気管１０５（図１参照）側へと移動することにともない、続けてウィック１３０に浸透した液体の作動流体が、ウィック１３０の外周面に向けて移動する。そして、外周面に浸透した作動流体は、加熱され蒸気管１０５へと移動する。このようにして、ウィック１３０の外周面において作動流体の流れが途切ることなく、上記のサイクルが繰り返される。そして、発熱体（図示せず）において発生した熱が、蒸発器１０１から凝縮器１０７へ輸送される。

＜蒸発器本体１１０およびウィック１３０＞
次に、図２および図３を参照して、本実施の形態が適用される蒸発器本体１１０およびウィック１３０について詳細に説明する。ここで、図３は、本実施の形態に係る蒸発器本体１１０およびウィック１３０を示す概略構成図であり、図３（ａ）は、図２（ａ）のＩＩＩａ内の拡大図であり、図３（ｂ）は、ウィック１３０の側面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、蒸発器本体１１０は、ウィック１３０と接触する内周面にねじ山１１１を有する。また、ウィック１３０は、蒸発器本体１１０と接触する外周面に、蒸発器本体１１０のねじ山１１１と対応する、ねじ山１３１を有する。
なお、図３（ａ）に示す構成は、蒸発器本体１１０側にめねじが形成され、ウィック１３０側におねじが形成されている状態として捉えることができる。また、ねじ山１１１、１３１は、蒸発器本体１１０あるいはウィック１３０の軸方向と交差する方向に延びる溝部（または突起部）、あるいは、らせん状の溝部（または突起部）として捉えることができる。さらに、ねじ山１１１を備える蒸発器本体１１０の内周面は、溝部に対峙する内周面として捉えることができる。

このように、蒸発器本体１１０とウィック１３０とに、互いに噛み合うねじ山１１１、１３１を形成することで、蒸発器本体１１０とウィック１３０との接触面積が増加する。したがって、蒸発器本体１１０とウィック１３０との間における伝熱面積が増加し、ループ型ヒートパイプ１００の伝熱性能が向上する。また、蒸発器本体１１０とウィック１３０とが噛み合うことにより、蒸発器本体１１０内におけるウィック１３０のより確実な固定が可能となる。

さて、図３（ａ）に示すように、蒸発器本体１１０内にウィック１３０が配置された状態においては、例えばねじ山１１１、１３１の公差により、蒸発器本体１１０とウィック１３０との間に間隙１３５が形成される。さらに説明をすると、蒸発器本体１１０のねじ山１１１の頂と、ウィック１３０のねじ山１３１の谷底との間に、間隙１３５ａが形成される。また、蒸発器本体１１０のねじ山１１１の谷底と、ウィック１３０ねじ山１３１の頂との間に間隙１３５ｂが形成される。
この間隙１３５（１３５ａ、１３５ｂ）は、蒸発器本体１１０およびウィック１３０の軸を中心としたらせん状に延びる。また、この間隙１３５は、後述するように気化した作動流体の流路として機能する。

図３（ｂ）に示すように、ウィック１３０の外周には、ウィック１３０の軸方向に沿う蒸気溝１３３が形成されている。図示の例においては、ウィック１３０の外周面に一本の蒸気溝１３３が形成されている（図２（ｂ）参照）。この蒸気溝１３３は、図３（ｂ）に示すように、ウィック１３０ねじ山１３１を横断するように形成されている。この蒸気溝１３３は、ねじ山１３１の谷底よりも深い。すなわち、蒸気溝１３３は、上述の間隙１３５ａの内部および間隙１３５ｂの内部が、それぞれ蒸気溝１３３の内部と連続するように形成されている。

さて、ウィック１３０の毛細管力により外周面に向けて移動し気化した作動流体は、蒸発器本体１１０とウィック１３０との間に形成された間隙１３５に流出する。さらに、作動流体はらせん状に延びる間隙１３５に沿って移動（矢印Ｂ５参照、軸方向と交差する方向に移動）し、蒸気溝１３３へと流入する。そして、作動流体は、蒸気溝１３３に沿って移動し、蒸気管１０５（図１参照）側へと抜ける。

このように、作動流体は、間隙１３５に沿って軸方向と交差する方向に移動するとともに、蒸気溝１３３に沿って軸方向に移動する。従って、例えば、蒸発器本体１１０の一部にのみ熱負荷を受ける等、蒸発器本体１１０が一様に加熱されない場合においても、加熱箇所で気化（発生）した作動流体が蒸発器本体１１０全体に流れるため、蒸発器本体１１０内の温度分布を小さくすることができる。また、蒸発器本体１１０内で気化した作動流体を蒸気溝１３３に効率よく回収できるため、蒸発器本体１１０内の圧力上昇が小さくなり、結果としてループ型ヒートパイプ１００の起動時間を早め得る。

なお、蒸発器本体１１０とウィック１３０とのそれぞれに設けられたねじ山１１１、１３１は、互いに噛み合い（嵌まり合い）、かつ間隙１３５を形成する構成であればよく、それぞれの寸法は、例えば所謂メートルねじやインチねじ等の標準規格に従って定めてもよい。

＜液溜め部１２０および容積調整部１４０＞
次に、図４を参照して、本実施の形態が適用される液溜め部１２０および容積調整部１４０について詳細に説明する。
ここで、図４は、本実施の形態に係る液溜め部１２０および容積調整部１４０を示す概略構成図であり、図４（ａ）は、低温状態の液溜め部１２０および容積調整部１４０を示し、図４（ｂ）は、高温状態の液溜め部１２０および容積調整部１４０を示す。

まず、液溜め部１２０について説明をする。
液溜め部１２０は、外側容器１２１と、この外側容器１２１の内側に配置される内側容器１２３とを有する。
外側容器１２１は、中空管状の部材であり、内側に配置される内側容器１２３を保護する。
内側容器１２３は、略円筒状の部材であり伸長可能に構成されている弾性部１２５と、弾性部１２５の端部に設けられる底板１２７とを有する。この弾性部１２５は、図示の例においては、金属（ステンレス、アルミ、銅）、樹脂、ゴム等により形成され、ベローズ（蛇腹）形状を有する構成である。なお、伸縮性材料の樹脂やゴム等、略円筒形状を構成する材料自体が伸縮する構造であってもよい。底板１２７は、金属や樹脂等により形成された円板部材であり、弾性部１２５の直径方向の形状を保持する。

次に、容積調整部１４０について説明をする。
容積調整部１４０は、蒸発器本体１１０内に設けられる貯留部１４１と、内部の圧力に応じて伸長可能な伸長部１４３とを有する。また、容積調整部１４０内には、蒸発器本体１１０内の温度に応じて、例えば液相および気相の間で相変化し、その相変化にともなう体積の変化が、一般的に大きい流体である膨張流体が充填されている。この膨張流体は、例えば水、アルコール、アンモニア等が用いられる。
なお、ここでは相変化にともなう体積の変化を用いた構成を説明するが、相変化をともなわない流体の体積変化を用いてももちろんよい。すなわち、容積調整部１４０内には液体もしくは気体の流体が充填されている。この流体は、蒸発器本体１１０の温度に応じて温度変化し、自身が体積膨張もしくは収縮を行うことで、容積調整部１４０の伸長部１４３を伸縮させる構成であってもよい。付言すると、この容積調整部１４０内の流体には、熱膨張率が既知の汎用的な流体を用いることにより、内側容器１２３の体積変化の設計が容易となる。

貯留部１４１は、蒸発器本体１１０内の熱を、内部に収容する膨張流体に伝達する中空の金属容器である。
また、伸長部１４３は、略円筒状の部材であり、一端が貯留部１４１と内部が連続するように形成される。また、伸長部１４３の他端は、閉塞されており底板１２７に接続される。この伸長部１４３は、図示の例においては、金属（ステンレス、アルミ、銅）、樹脂、ゴム等により形成され、ベローズ形状を有する構成である。なお、伸縮性材料の樹脂やゴム等、略円筒形状を構成する材料自体が伸縮する構造であってもよい。
なお、容積調整部１４０は、蒸発器本体１１０や液溜め部１２０内に収容されている作動流体から独立した系となるよう構成されている。また、伸長部１４３の外周には、伸長部１４３内の膨張流体が、液溜め部１２０内の作動流体からの伝熱を抑制する断熱材（断熱部）を設けてもよい。

次に、液溜め部１２０の容積が変化する動作について説明をする。
まず、蒸発器本体１１０内に設けられる貯留部１４１の温度に応じて、容積調整部１４０内の膨張流体が液相と気相との間で相変化し体積が変化する。この膨張流体の体積の変化により、伸長部１４３が伸縮し、蒸発器本体１１０（図２（ａ）参照）に対して接離する方向において底板１２７が移動する（矢印Ｄ１、Ｄ２参照）。

さらに説明をすると、図４（ａ）に示すように、蒸発器本体１１０内の温度が低温であり、容積調整部１４０内の膨張流体が例えば液体となる際には、膨張流体の体積は小さい。したがって、伸長部１４３は縮んだ状態となり、底板１２７が蒸発器本体１１０側に引き寄せられる（矢印Ｄ２参照）。このことにより、図４（ａ）に示すように、内側容器１２３は閉じた状態となる。

それに対して図４（ｂ）に示すように、蒸発器本体１１０内の温度が高温であり、容積調整部１４０内の膨張流体が例えば気体となる際には、膨張流体の体積は大きい。したがって、伸長部１４３は伸びた状態となり、底板１２７が蒸発器本体１１０側から離間する（矢印Ｄ１参照）。このことにより、図４（ｂ）に示すように、内側容器１２３は開いた状態となる。

このように、容積調整部１４０が内側容器１２３の容積を変化させることにより、液溜め部１２０内の作動流体の温度が制御される。そして、この作動流体を温度制御することにより、ループ型ヒートパイプ１００の熱交換効率が向上する。
ここで、図５を参照しながら、液溜め部１２０内の作動流体の温度が制御される原理について説明をする。なお、図５は、本実施の形態に係るループ型ヒートパイプ１００の作動流体のＰＶ線図である。また、図５における符号Ｅ１〜Ｅ８は、図１に示すそれぞれの箇所に対応する。

図５に示すように、蒸発器１０１のウィック１３０において気化した作動流体（符号Ｅ１参照）は、蒸気管１０５内を流れることにともない、圧力および温度が低下する（符号Ｅ２参照）。そして、作動流体は、凝縮器１０７内へ流入するとともに、熱を放出することで温度が低下し、凝集を開始する（符号Ｅ３参照）。凝集中の作動流体は、気液二相の飽和状態となって管内を流れる。このとき、作動流体の圧力および温度は、図５における飽和蒸気圧曲線に沿って低下する。そして、凝集が完了し液相となった作動流体（符号Ｅ４参照）の圧力および温度は、凝縮器１０７内を流れながらさらに低下する（符号Ｅ５参照）。

そして、凝縮器１０７から流出した作動流体が液管１０９内を流れることにともない、作動流体の圧力が低下しかつ温度が上昇した状態（符号Ｅ６）で、再び蒸発器１０１へと流入する。蒸発器１０１内においては、作動流体は、まず、蒸発器１０１の導入管１５０を介して、気液二相の飽和状態の液溜め部１２０内へ流入する（符号Ｅ７参照）。さらに、作動流体は液溜め部１２０内から蒸発器本体１１０へ流入し、ウィック１３０内へ浸透する。そして、ウィック１３０の外周面に向けて移動することにともない、作動流体の圧力が低下しかつ温度が上昇する（符号Ｅ８参照）。この作動流体は過飽和状態になっており、気液界面においては毛細管力により圧力がさらに上昇する。そして、作動流体はウィック１３０の外周面に到達する（符号Ｅ１参照）。

さて、ウィック１３０の外周面から凝縮器１０７を通り液溜め部１２０に至る作動流体の流れ（図５における符号Ｅ１から符号Ｅ７への流れ）は、符号Ｅ１および符号Ｅ７間の圧力差Ｐ１−Ｐ２により生じる。言い替えると、この符号Ｅ１および符号Ｅ７間の圧力差Ｐ１−Ｐ２は、ループ型ヒートパイプ１００を駆動させるために必要な圧力差である。

また、符号Ｅ１および符号Ｅ７は、飽和蒸気圧曲線上にあり、符号Ｅ１および符号Ｅ７間の圧力差Ｐ１−Ｐ２は、符号Ｅ１および符号Ｅ７間の温度差Ｔ１−Ｔ２により定まる。言い替えると、この符号Ｅ１および符号Ｅ７間の温度差Ｔ１−Ｔ２は、ループ型ヒートパイプ１００を駆動させるのに必要な温度差である。
さらに、符号Ｅ１における作動流体の温度Ｔ１は、符号Ｅ７における作動流体の圧力Ｐ２及び温度Ｔ２により支配される。言い替えると、符号Ｅ１の温度Ｔ１は、符号Ｅ７の圧力Ｐ２及び温度Ｔ２と相関がある。

ここで、飽和蒸気圧曲線上にある符号Ｅ１および符号Ｅ７は、それぞれの温度の変化にともない、飽和蒸気圧曲線に沿うように圧力が変化する。例えば、符号Ｅ１の温度が上昇すると、符号Ｅ１の圧力Ｐ１も上昇する。
作動流体における温度の変化分を温度差ΔＴとし、作動流体における圧力の変化分を圧力差ΔＰとすると、圧力差ΔＰと温度差ΔＴとの関係は、ΔＰ= ΔＴ×(ｄＰ/ｄＴ)ｓａｔとなる。なお、(ｄＰ/ｄＴ)ｓａｔは、飽和蒸気圧曲線の傾きであり、作動流体固有の値である。

さて、ループ型ヒートパイプ１００を動作させている際に、発熱体（図示せず）における発熱量が変化する場合がある。このとき、発熱体の発熱量変化の影響を受け、符号Ｅ１における作動流体の温度が温度Ｔ１から変動すると、温度Ｔ１において作動することを前提として構成されているループ型ヒートパイプ１００の熱交換効率が低下し得る。
そこで、本実施の形態においては、符号Ｅ１における作動流体の温度を温度Ｔ１に保つよう制御を行う。

以下で、符号Ｅ１における作動流体の温度を制御する動作を具体的に説明する。
まず、発熱体（図示せず）における発熱量の増加により、符号Ｅ１における作動流体の温度が、予め定められた温度である温度Ｔ１よりも上昇した場合について説明する。
この場合、作動流体により加熱された容積調整部１４０内の膨張流体は膨張する。このことにより、液溜め部１２０内（符号Ｅ７参照）の容積が増加し（図４（ｂ）参照）、液溜め部１２０内に収容された作動流体の圧力が低下する。そして、上述のようにウィック１３０において気化した作動流体（符号Ｅ１参照）の温度と、液溜め部１２０内（符号Ｅ７参照）の作動流体の圧力とは相関があることから、液溜め部１２０内（符号Ｅ７参照）の圧力を低下させることにより、符号Ｅ１における作動流体の温度が低下する。

次に、発熱体（図示せず）における発熱量の減少により、符号Ｅ１における作動流体の温度が、予め定められた温度である温度Ｔ１よりも低下した場合について説明をする。
符号Ｅ１における作動流体の温度が低下した場合、作動流体により冷却された容積調整部１４０内の膨張流体の体積が減少する（図４（ａ）参照）。このことにより、液溜め部１２０内（符号Ｅ７参照）の容積が減少し、作動流体の圧力を上昇させる。その結果として、符号Ｅ１における作動流体の温度が上昇する。

さて、本実施の形態においては、液溜め部１２０の容積変化の駆動力に、発熱体（図示せず）の発熱を利用する。このことにより、発熱体（図示せず）の温度を液溜め部１２０へフィードバックすることが可能になる。さらに説明をすると、膨張流体、伸長部１４３の断面積、伸長部１４３の伸縮率を定めることにより、符号Ｅ１における作動流体および発熱体（図示せず）の温度が一定になるように設計し得る。
なお、本実施の形態のループ型ヒートパイプ１００は、いわば自律型の温度制御装置として捉えることができる。また、本実施の形態とは異なり、例えばペルチェ素子やヒータ等を用いて蒸発器１０１の温度を直接に制御する場合と比較して、本実施の形態の構成によればその構造を簡略化し得る。

＜変形例＞
さて、上述の説明においては、蒸発器本体１１０およびウィック１３０に、ねじ山１１１、１３１を形成することを説明した。しかしながら、蒸発器本体１１０およびウィック１３０の軸方向と交差する方向において連続する溝部あるいは突起部であり、かつ蒸発器本体１１０およびウィック１３０それぞれの溝部あるいは突起部が互いに対応する（嵌まる）ように形成されればよい。したがって、例えば蒸発器本体１１０およびウィック１３０の円周方向に連続する（延びる）突起部を複数有する構成であってもよい。また、ねじ山１１１、１３１は、蒸発器本体１１０およびウィック１３０の軸方向全体に形成されても、あるいは軸方向の一部に形成されてもよい。

また、上述の説明においては、ウィック１３０が一本の蒸気溝１３３を有する構成として説明したが、気化した作動流体が間隙１３５に沿って移動し、熱交換に必要な量の作動流体が蒸気管１０５へと移動可能であればよい。したがって、ウィック１３０の軸方向に沿って蒸気溝１３３を複数並べた構成であってもよい。

また、上述の説明においては、内側容器１２３を略円筒状の部材として説明したが、内部に作動流体を収容するとともに、その容積を変更可能であればよい。したがって、例えば中空の球状や直方体状の部材であってもよく、あるいは、所謂風船状の部材により構成してもよい。

また、上述の説明においては、容積調整部１４０の伸長部１４３が内側容器１２３の内部に設けられる構成を説明したが、蒸発器本体１１０内に設けられる貯留部１４１の温度に対応して伸長する構成であれば、内側容器１２３の外部に設けられていてもよい。この場合、内側容器１２３とその外部に設けられた伸長部１４３との間隙を、断熱部として捉えることができる。

さらに、上述の説明においては、蒸発器本体１１０内の温度に対応する自律型の温度制御装置として説明したが、蒸発器本体１１０内の温度に対応して液溜め部１２０の容積を調整する構成であればよい。したがって、例えば蒸発器本体１１０内の温度を測定し、その測定結果に応じて、モータを駆動させ底板１２７を移動させることで液溜め部１２０の容積を変化させる構成であってもよい。

１００…ループ型ヒートパイプ、１０１…蒸発器、１０５…蒸気管、１０７…凝縮器、１０９…液菅、１１０…蒸発器本体、１１１、１３１…ねじ山、１２０…液溜め、１２３…内側容器、１３０…ウィック、１４０…容積調整部

Claims

外部から熱を吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発器を備え、当該蒸発器から導かれた気相の作動流体を凝縮させ液相の作動流体として当該蒸発器に環流させる熱交換器において、
前記蒸発器が、
内部に供給される液相の作動流体を毛細管力により外周面へと導き液相から気相へと蒸発させるとともに、方向性を有する溝部を当該外周面に備える液駆動部と、
前記液駆動部の前記溝部に対峙する内周面を備え、当該液駆動部を収容する収容部と
を有し、
前記液駆動部の前記外周面の前記溝部に沿って流れる気相の作動流体を案内する案内部が、当該液駆動部および/または前記収容部に、当該溝部の方向と交差する方向に形成されることを特徴とする熱交換器。
前記収容部は、前記液駆動部の前記溝部に嵌まる突起部を前記内周面に備えることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
前記液駆動部は、らせん状に形成された前記溝部を前記外周面に備えることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
前記液駆動部は、略円筒形状であるとともに、前記外周面に軸方向と交差する方向に形成された前記溝部を備え、
前記案内部は、前記軸方向に沿って形成される
ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
筐体と、
前記筐体の内部に収容される発熱部品と、
前記発熱部品から熱を吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発器を備え、当該蒸発器から導かれた気相の作動流体を凝縮させ液相の作動流体として当該蒸発器に環流させる冷却素子と
を備える電子機器において、
前記蒸発器が、
内部に供給される液相の作動流体を毛細管力により外周面へと導き液相から気相へと蒸発させるとともに、方向性を有する溝部を当該外周面に備える液駆動部と、
前記液駆動部の前記溝部に対峙する内周面を備え、当該液駆動部を収容する収容部と
を有し、
前記液駆動部の前記外周面の前記溝部に沿って流れる気相の作動流体を案内する案内部が、当該液駆動部および/または前記収容部に、当該溝部の方向と交差する方向に形成されることを特徴とする電子機器。